(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、
前記スイッチング素子と前記ダイオード素子との間に設置された絶縁性の絶縁壁と、
を備え、
前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスの前記ダイオード素子への流れを防いで、前記スイッチング素子と前記ダイオード素子との間に短絡ルートが形成されるのを防止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、
前記スイッチング素子と前記ブスとの間に設置された絶縁性の絶縁壁と、
を備え、
前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスの前記ブスへの流れを防いで、前記スイッチング素子と前記ブスとの間に短絡ルートが形成されるのを防止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、
前記スイッチング素子に流れる過電流を遮断するヒューズと、
前記スイッチング素子と前記ヒューズとの間に設置された絶縁性の絶縁壁と、
を備え、
前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスの前記ヒューズへの流れを防いで、前記スイッチング素子と前記ヒューズとの間に短絡ルートが形成されるのを防止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、
前記スイッチング素子同士の間に設置された絶縁性の絶縁壁と、
を備え、
前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスによって、前記スイッチング素子同士の間に短絡ルートが形成されるのを防止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、
中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、
前記スイッチング素子の周囲を覆う絶縁性の絶縁壁と、
を備え、
前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスによって、前記複数個のスイッチング素子と前記複数個のダイオード素子と前記ブスとのいずれかの間に短絡ルートが形成されるのを防止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子の周囲を覆う前記絶縁壁は、複数個の絶縁壁を組み合わせたことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数個のスイッチング素子は、４個以上からなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子はＩＧＢＴからなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子を用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交流電動機を任意の回転速度で回転させるために電力変換装置が広く用いられている。電力変換装置には、一般に交流電圧を直流電圧に順変換する順変換器と直流電圧を交流電圧に逆変換する逆変換器とが適用され、スイッチング素子として、大容量（高電圧、大電流）で高速にスイッチング可能なＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)がよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電力変換装置を、主回路のＩＧＢＴ素子が破損した状態で、運転した場合、前記の破損しているＩＧＢＴ素子が破裂し、内部部材の飛散により導電性ガスが発生することがある。その結果、導電性ガスがＩＧＢＴ素子とヒューズの周囲を覆うと、ヒューズ定格電圧を超える短絡ルートが発生する可能性がある。
このような状況に対して、特許文献１を含めて、従来の電力変換装置は必ずしも充分な対策がとられていない。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的とするところは、破損したＩＧＢＴ素子が破裂し、内部部材の飛散により導電性ガスが発生する状況においても、短絡ルートが発生しにくい電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、本発明の電力変換装置を以下のように構成した。
すなわち、正側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、負側直流電源と交流電力を出力するブスとの間に直列に接続された複数個のスイッチング素子と、中性点直流電源と前記スイッチング素子との間に接続されたダイオード素子と、前記スイッチング素子と前記ダイオード素子との間に設置された絶縁性の絶縁壁と、を備え、前記絶縁壁は、前記スイッチング素子が破損して破裂した場合に前記スイッチング素子の内部部材の飛散により発生する導電性ガスの前記ダイオード素子への流れを防いで、前記スイッチング素子と前記ダイオード素子との間に短絡ルートが形成されるのを防止する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、破損したＩＧＢＴ素子が破裂し、内部部材飛散により導電性ガスが発生する状況においても、短絡ルートが発生しにくい電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の電力変換装置の回路と絶縁壁との関連を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態の電力変換装置の回路と絶縁壁との関連を示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態の電力変換装置において、各相の主回路がセルユニット化されている場合の複数の構造面を示した斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の電力変換装置において、各相の主回路がセルユニット化されている場合の複数の構造面を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態の電力変換装置の回路と絶縁壁との関連を示す構成図である。第１実施形態の電力変換装置は、例えば、鉄鋼圧延プラントに適用される主機交流電動機の駆動用の大容量電力変換装置に用いられる。
まず、電力変換装置の回路構成を先に説明し、その後に、電力変換装置における絶縁壁について説明する。
【００１１】
＜電力変換装置の回路構成・第１実施形態＞
図１において、電力変換装置１０は、三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を、それぞれ形成する相電圧形成回路１４１、１４２、１４３を備え、正側直流電源（正側直流電源Ｐ）、負側直流電源（負側直流電源Ｎ）、中性点直流電源（中性点直流電源ＣＯＭ）から供給される直流電力を、可変電圧・可変周波数の三相交流電力に変換する。電力変換装置１０の出力端子であるＵＡＣ１５１、ＶＡＣ１５２、ＷＡＣ１５３から出力される前記可変電圧・可変周波数の三相交流電力によって交流電動機（ＡＣＭ：Alternating Current Motor）２０が駆動される。
また、正側直流電源の母線３１と中性点直流電源の母線３３との間には、コンデンサ４１が接続され、中性点直流電源の母線３３と負側直流電源の母線３２との間には、コンデンサ４２が接続されている。コンデンサ４１、４２の役目は、直流電源の安定化と高調波成分の除去である。
また、電力変換装置１０にはアース３４がとられている。
【００１２】
ＩＧＢＴモジュール（スイッチング素子）１１１は、ＩＧＢＴ１１１Ａと、ＩＧＢＴ１１１Ａに逆並列に接続されたダイオード１１１Ｂ（もしくはＩＧＢＴ１１１Ａの構造から生ずる寄生ダイオード）を備えて構成されている。また、ＩＧＢＴモジュール１１２、１１３、１１４内の構成は前述のＩＧＢＴモジュール１１１内の構成と同様である。
なお、図１においては、ＩＧＢＴモジュール１１１はひとつのＩＧＢＴ、もしくはＩＧＢＴモジュールからなるように表記しているが、実際は、電気的に大容量（大電流）とするために複数個並列に用いることもある。したがって、ＩＧＢＴモジュールを適宜、「ＩＧＢＴモジュール群」とも表記する。
【００１３】
相電圧形成回路１４１には、４個のＩＧＢＴモジュール１１１、１１２、１１３、１１４が備えられ、直列に接続されている。
ＩＧＢＴモジュール（正側ＩＧＢＴモジュール群）１１１のコレクタ主端子は、正側ヒューズ１３１を介して、正側直流電源の母線３１に接続されている。ＩＧＢＴモジュール（負側ＩＧＢＴモジュール群）１１４のエミッタ主端子は、負側ヒューズ１３２を介して、負側直流電源の母線３２に接続されている。ＩＧＢＴモジュール１１１のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール（第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群）１１２のコレクタ主端子の接続点は、ダイオードモジュール１２１のカソード主端子に接続されている。ＩＧＢＴモジュール１１２のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール（第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群）１１３のコレクタ主端子の接続点は、相電圧形成回路１４１の出力端子であるＵＡＣ１５１となっている。
【００１４】
ＩＧＢＴモジュール１１３のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール１１４のコレクタ主端子の接続点は、ダイオードモジュール１２２のアノード主端子に接続されている。
ダイオードモジュール（正側ダイオードモジュール）１２１のアノード主端子は、ダイオードモジュール（負側ダイオードモジュール）１２２のカソード主端子に接続されている。この正側ダイオードモジュール１２１と負側ダイオードモジュール１２２の接続点は、中性点ヒューズ１３３を介して、中性点直流電源の母線３３に接続されている。
なお、ダイオードモジュール１２１、１２２は電気回路としての機能は、ダイオードである。実際には複数のダイオードによって構成され、モジュール化し、さらに複数のモジュールで構成されているので、「ダイオードモジュール」、もしくは「ダイオードモジュール群」と適宜、表記する。
【００１５】
なお、ＩＧＢＴモジュール１１１は、正側直流電源の母線３１の電位を出力端子のＵＡＣ１５１に出力するものであり、また、ＩＧＢＴモジュール１１４は、負側直流電源の母線３２の電位を出力端子のＵＡＣ１５１に出力するものである。
また、ＩＧＢＴモジュール１１２とＩＧＢＴモジュール１１３は、中性点直流電源の母線３３の電位を出力端子のＵＡＣ１５１に出力するものである。
また、ＩＧＢＴモジュール１１１〜１１４におけるそれぞれのＩＧＢＴのゲートは統括的にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されて、出力端子のＵＡＣ１５１に交流電力を出力する。
なお、ＩＧＢＴのゲートへ具体的に接続する配線回路については表記を省略している。
【００１６】
以上において、相電圧形成回路１４１の回路構成について、説明したが、相電圧形成回路１４２、１４３の回路構成も同様である。相電圧形成回路１４１〜１４３のそれぞれに備えられた計１２個（４個×３相）のＩＧＢＴモジュールを統括的にＰＷＭ制御することによって、可変電圧・可変周波数の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電力を、出力端子のＵＡＣ１５１、ＶＡＣ１５２、ＷＡＣ１５３から出力する。
なお、各ＩＧＢＴモジュールのＰＷＭ制御を統括して行うＰＷＭ統括制御回路は図示していない。
【００１７】
なお、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３と負側ＩＧＢＴモジュール群１１４の動作関係は、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２が導通状態のとき、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３と負側ＩＧＢＴモジュール群１１４とは遮断状態となる。
また、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３が導通状態のとき、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と負側ＩＧＢＴモジュール群１１４は遮断状態となる。
また、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３と負側ＩＧＢＴモジュール群１１４が導通状態のとき、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２は遮断状態である。
【００１８】
＜電力変換装置の絶縁壁・第１実施形態＞
次に、第１実施形態に備えられた絶縁壁と、その実装について説明する。
図１において、第１の絶縁壁１０１が、ダイオードモジュール群１２１、１２２とＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４との間を隔離するように備えられている。
また、第２の絶縁壁１０２が、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４の第１の絶縁壁１０１のある反対側の側面を覆っている。
なお、第２の絶縁壁１０２は、出力端子のＵＡＣ１５１の取り出し箇所において、ＩＧＢＴモジュール群１１２とＩＧＢＴモジュール群１１３とを隔離するように、絶縁壁を二重にして迂回した構成としている。この二重になった絶縁壁の間から出力端子のＵＡＣ１５１を取り出している。
このように配置した理由を次に説明する。
【００１９】
正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３の定格電圧をＥ［Ｖ］とする。
図１の場合、電位差がＥ以上の短絡ルートを発生させないために、電位Ｅの地点と電位−Ｅの地点の間に導電性ガスが充満しないようにしなければならない。
【００２０】
正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２が導通状態のときを考える。
このときの電位Ｅの地点は正側ヒューズ１３１、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２、出力端子のＵＡＣ１５１である。また、電位−Ｅの地点は負側ヒューズ１３２である。
【００２１】
第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３が導通状態のときを考える。
このときの電位Ｅの地点は正側ヒューズ１３１である。また、電位−Ｅの地点は負側ヒューズ１３２である。
【００２２】
第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３と負側ＩＧＢＴモジュール群１１４が導通状態のときを考える。
このときの電位Ｅの地点は正側ヒューズ１３１である。電位−Ｅの地点は負側ヒューズ１３２、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３、負側ＩＧＢＴモジュール群１１４、出力端子のＵＡＣ１５１である。
【００２３】
以上により、ダイオードモジュール群１２１、１２２とＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４との間に第１の絶縁壁１０１を設け、かつ、第１の絶縁壁１０１がある側面を除いて、第２の絶縁壁１０２を前記したように設けている。
したがって、第１の絶縁壁１０１と第２の絶縁壁１０２で、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４を覆った構成としている。
このとき、隔離されていないのは、正側ＩＧＢＴモジュール群１１１と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１２との間、及び負側ＩＧＢＴモジュール群１１４と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群１１３との間、となる。これらのＩＧＢＴモジュール群の間は、前記した動作状態から電位差がＥ未満である。
【００２４】
このような第１の絶縁壁１０１と第２の絶縁壁１０２が設けられていれば、ＩＧＢＴ素子が破損し、破裂して導電性ガスが飛散したとしても、電位差がＥを超える短絡ルートが存在しないので、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３のいずれかが正常に動作して、過電流を遮断する。
なお、図１においては、図３で後記するラミネートブス（積層化した平板電極）３６１〜３６３については表記していない。
【００２５】
＜各相の主回路がセルユニット化された電力変換装置の構造・第１実施形態＞
図３は、電力変換装置において、各相の主回路がセルユニット化されている場合の複数の構造面を示した斜視図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に異なる構造面を示している。
【００２６】
図３（ａ）は、第１の絶縁壁１０１と、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４と、ダイオードモジュール群１２１、１２２と、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３との関係を示したものであり、後記する図３（ｂ）、（ｃ）のラミネートブス（ブス）３６１〜３６３と第２の絶縁壁１０２は表記されていない構造面である。
図３（ａ）おいて、第１の絶縁壁１０１によって、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４と、ダイオードモジュール群１２１、１２２との間は、隔離され、ＩＧＢＴ素子の破裂による導電性ガスの飛散に対して、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３、およびダイオードモジュール群１２１、１２２における電位差がＥを超える短絡ルートの形成を防止できる。
【００２７】
また、図３（ｂ）は、第１の絶縁壁１０１とラミネートブス３６１、３６２、そしてＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４と、ダイオードモジュール群１２１、１２２と、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３との関係を示したものであり、後記する図３（ｃ）のラミネートブス３６３と第２の絶縁壁１０２は表記されていない構造面である。
図３（ｂ）においては、ラミネートブス３６１が、ＩＧＢＴモジュール群１１１とＩＧＢＴモジュール群１１２との間を電気的に接続するように、また、ラミネートブス３６２が、ＩＧＢＴモジュール群１１３とＩＧＢＴモジュール群１１４との間を電気的に接続するように設けられている構造を示している。
【００２８】
また、図３（ｃ）は、第２の絶縁壁１０２とラミネートブス３６３、そして、ダイオードモジュール群１２１、１２２と、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３との関係を示したものである。
なお、第１の絶縁壁１０１とラミネートブス３６１、３６２とＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４は、存在しているが、第２の絶縁壁１０２によって、隠れて表記されていない。
図３（ｃ）においては、第２の絶縁壁１０２は、図の正面にしか表記されていないが、実際には、図１に示した第２の絶縁壁１０２のように、第１の絶縁壁１０１（図１、図３）のある反対側の側面、また背面側および上面と下面を覆っている。
【００２９】
また、図１に示し、かつ前記したように、「出力端子のＵＡＣ１５１の取り出し箇所において、ＩＧＢＴモジュール群１１２とＩＧＢＴモジュール群１１３とを隔離するように、絶縁壁を二重にして迂回した構成としている」が、図３（ｃ）においてはラミネートブス３６３に隠れて表記されていない。
また、図３（ｃ）に示したラミネートブス３６３は、図１の出力端子のＵＡＣ１５１を取り出すためのものであり、電気的に接続されている。
【００３０】
図１と図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示された第１の絶縁壁１０１と第２の絶縁壁１０２によって、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４は、ダイオードモジュール群１２１、１２２と、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３、ラミネートブス３６３から隔離される。
したがって、ＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４のＩＧＢＴ素子の破裂による導電性ガスの飛散に対して、ダイオードモジュール群１２１、１２２と、正側ヒューズ１３１、負側ヒューズ１３２、中性点ヒューズ１３３、ラミネートブス３６３は隔離されて、電位差がＥを超える短絡ルートの形成を防止できる。
【００３１】
(第２実施形態)
図２は、本発明の第２実施形態の電力変換装置の回路と絶縁壁との関連を示す構成図である。図１で示した第１実施形態の電力変換装置１０と交流電動機２０よりも高い電圧で第２実施形態の電力変換装置１１と交流電動機２１が使用される。
図２の電力変換装置１１が図１の電力変換装置１０と異なるのは、相電圧形成回路２４１、２４２、２４３と相電圧形成回路１４１、１４２、１４３の回路構成と絶縁壁の構造においてである。
また、相電圧形成回路２４１、２４２、２４３は、互いに同じ回路構成と絶縁壁の構造であるので、相電圧形成回路２４１についてのみ、以下に説明し、他の同じ構成要素については説明を省略する。
【００３２】
＜電力変換装置の回路構成・第２実施形態＞
図２において、ＩＧＢＴモジュール（スイッチング素子）は、Ｕ相における相電圧形成回路２４１において、ＩＧＢＴモジュール２１１〜２１８の８個が用いられる。他のＶ相、Ｗ相における相電圧形成回路２４２、２４３においても同様である。
【００３３】
前記したように、相電圧形成回路２４１には、８個のＩＧＢＴモジュール２１１〜２１８が備えられ、直列に接続されている。
ＩＧＢＴモジュール２１１のコレクタ主端子は、正側ヒューズ２３１を介して、正側直流電源の母線３１に接続されている。ＩＧＢＴモジュール２１８のエミッタ主端子は、負側ヒューズ２３２を介して、負側直流電源の母線３２に接続されている。
【００３４】
ＩＧＢＴモジュール２１１のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１２のコレクタ主端子は接続されている。
ＩＧＢＴモジュール２１１とＩＧＢＴモジュール２１２によって、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２（図４（ａ））が構成されている。
【００３５】
ＩＧＢＴモジュール２１３のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１４のコレクタ主端子は接続されている。
ＩＧＢＴモジュール２１３とＩＧＢＴモジュール２１４によって、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４（図４（ａ））が構成されている。
【００３６】
ＩＧＢＴモジュール２１５のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１６のコレクタ主端子は接続されている。
ＩＧＢＴモジュール２１５とＩＧＢＴモジュール２１６によって、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６（図４（ａ））が構成されている。
【００３７】
ＩＧＢＴモジュール２１７のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１８のコレクタ主端子は接続されている。
ＩＧＢＴモジュール２１７とＩＧＢＴモジュール２１８によって、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８（図４（ａ））が構成されている。
【００３８】
ＩＧＢＴモジュール２１２のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１３のコレクタ主端子は接続され、ダイオードモジュール２２１のカソード主端子に接続されている。
【００３９】
ＩＧＢＴモジュール２１４のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１５のコレクタ主端子は接続され、相電圧形成回路２４１の出力端子であるＵＡＣ２５１となっている。
【００４０】
ＩＧＢＴモジュール２１６のエミッタ主端子とＩＧＢＴモジュール２１７のコレクタ主端子は接続され、ダイオードモジュール２２４のアノード主端子に接続されている。
【００４１】
ダイオードモジュール２２１〜２２４は順に直列に接続されている。
ダイオードモジュール２２２のアノード主端子とダイオードモジュール２２３のカソード主端子は接続され、この接続点は中性点ヒューズ２３３を介して、中性点直流電源の母線３３に接続されている。
なお、図１では、２個のダイオードモジュール１２１、１２２が、図２においては、４個のダイオードモジュール２２１〜２２４で構成されている。ダイオードモジュールの個数が増えている理由は、主として耐圧を確保するためである。
また、図２の直列に接続されたダイオードモジュール２２１、２２２によって、図４におけるダイオードモジュール群４１２が構成されている。また、図２の直列に接続されたダイオードモジュール２２３、２２４によって、図４におけるダイオードモジュール群４３４が構成されている。
【００４２】
なお、ＩＧＢＴモジュール２１１とＩＧＢＴモジュール２１２による正側ＩＧＢＴモジュール群５１２（図４（ａ））は、正側直流電源の母線３１の電位を出力端子のＵＡＣ２５１に出力するものである。
また、ＩＧＢＴモジュール２１７とＩＧＢＴモジュール２１８による負側ＩＧＢＴモジュール群５７８（図４（ａ））は、負側直流電源の母線３２の電位を出力端子のＵＡＣ２５１に出力するものである。
【００４３】
また、ＩＧＢＴモジュール２１３とＩＧＢＴモジュール２１４による第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４（図４（ａ））は、中性点直流電源の母線３３の電位を出力端子のＵＡＣ２５１に出力するものである。
また、ＩＧＢＴモジュール２１５とＩＧＢＴモジュール２１６による第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６（図４（ａ））は、中性点直流電源の母線３３の電位を出力端子のＵＡＣ２５１に出力するものである。
【００４４】
また、ＩＧＢＴモジュール２１１〜２１８におけるそれぞれのＩＧＢＴのゲートは統括的にＰＷＭ制御されて、出力端子のＵＡＣ２５１に一相分の交流電力を出力する。
【００４５】
以上において、相電圧形成回路２４１の回路構成について説明したが、前記したように相電圧形成回路２４２、２４３の回路構成も同様である。相電圧形成回路２４１〜２４３のそれぞれに備えられた計２４個（８個×３相）のＩＧＢＴモジュールを統括的にＰＷＭ制御することによって、可変電圧・可変周波数の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流電力を、出力端子のＵＡＣ２５１、ＶＡＣ２５２、ＷＡＣ２５３から出力する。
なお、各ＩＧＢＴモジュールのＰＷＭ制御を統括して行うＰＷＭ統括制御回路は図示していない。
【００４６】
なお、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２、図４（ａ））と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）と負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）の動作関係は、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）が導通状態のとき、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）と負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）とは遮断状態なる。
また、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）が導通状態のとき、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）は遮断状態となる。
また、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）と負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）が導通状態のとき、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）は遮断状態である。
【００４７】
以上の動作状態を考慮して絶縁壁を備える必要がある。図２に示した第２実施形態と、図１に示した第１実施形態と異なるものとしては、第２実施形態の電力変換装置をより高い電圧で使用するために、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）、負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）が、それぞれ２個のＩＧＢＴモジュール群（２１１、２１２）、（２１３、２１４）、（２１５、２１６）、（２１７、２１８）を直列に構成したことがある。この構成を反映して絶縁壁を備える。
【００４８】
＜電力変換装置の絶縁壁・第２実施形態＞
第２実施形態に備えられた絶縁壁と、その実装について説明する。
図２において、第１の絶縁壁２０１が、ダイオードモジュール群２２１〜２２４とＩＧＢＴモジュール群２１１〜２１８との間を隔離するように備えられている。
また、第２の絶縁壁２０２が、ＩＧＢＴモジュール群２１１〜２１８の第１の絶縁壁２０１のある反対側の側面を覆っている。なお、第２の絶縁壁２０２は、出力端子のＵＡＣ２５１の取り出し箇所において、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４、図４（ａ））と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）とを隔離するように、絶縁壁を二重にして迂回した構成としている。この二重になった絶縁壁の間から出力端子のＵＡＣ２５１を取り出している。
なお、図２においては、図４で後記するラミネートブス４６１〜４６３については表記していない。
【００４９】
また、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）とを隔離するために、第３の絶縁壁２０３が備えられている。
また、負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）とを隔離するために、第４の絶縁壁２０４が備えられている。
このように配置した理由を次に説明する。
【００５０】
正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３の定格電圧をＥ［Ｖ］とする。
図１の場合、電位差がＥを超える短絡ルートを発生させないために、電位Ｅの地点と電位−Ｅの地点の間に導電性ガスが充満しないようにしなければならない。
第１の絶縁壁２０１と、第２の絶縁壁２０２の必要性については、図１に示した第１実施形態と同様である。
図２における絶縁壁で図１と異なるのは、第３の絶縁壁２０３と第４の絶縁壁２０４である。
【００５１】
第３の絶縁壁２０３は、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）がＩＧＢＴモジュール２１１とＩＧＢＴモジュール２１２との直列回路で構成され、かつ第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）がＩＧＢＴモジュール２１３とＩＧＢＴモジュール２１４との直列回路で構成されたため、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）との間にＥを超える電圧の短絡ルートが生ずる可能性が生じたためである。
【００５２】
また、第４の絶縁壁２０４は、負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）がＩＧＢＴモジュール２１７とＩＧＢＴモジュール２１８との直列回路で構成され、かつ第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）がＩＧＢＴモジュール２１５とＩＧＢＴモジュール２１６との直列回路で構成されたため、負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）との間にＥを超える電圧の短絡ルートが生ずる可能性が生じたためである。
【００５３】
以上のように第１の絶縁壁２０１と第２の絶縁壁２０２と第３の絶縁壁２０３と第４の絶縁壁２０４が設けられていれば、ＩＧＢＴ素子が破損・破裂して導電性ガスが飛散したとしても、電位差がＥを超える短絡ルートが存在しないので、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３のいずれかが正常に動作して、過電流を遮断する。
【００５４】
＜各相の主回路がセルユニット化された電力変換装置の構造・第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の電力変換装置において、各相の主回路がセルユニット化されている場合の複数の構造面を示した斜視図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に異なる構造面を示している。
【００５５】
図４（ａ）は、第１の絶縁壁２０１と、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８と、ダイオードモジュール群４１２、４３４と、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３との関係を示したものであり、後記する図４（ｂ）、（ｃ）のラミネートブス４６１〜４６３と第２の絶縁壁２０２、第３の絶縁壁２０３、第４の絶縁壁２０４は表記されていない構造面である。
図４（ａ）おいて、第１の絶縁壁２０１によって、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８と、ダイオードモジュール群４１２、４３４との間は、隔離され、ＩＧＢＴ素子の破裂による導電性ガスが飛散に対して、ダイオードモジュール群４１２、４３４における電位差がＥを超える短絡ルートの形成を防止できる。
【００５６】
また、図４（ｂ）は、第１の絶縁壁２０１、第３の絶縁壁２０３、第４の絶縁壁２０４とラミネートブス４６１、４６２、そして正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８とダイオードモジュール群４１２、４３４と、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３との関係を示したものである。また、後記する図４（ｃ）のラミネートブス４６３と第２の絶縁壁２０２は表記されていない構造面である。
図４（ｂ）においては、ラミネートブス４６１が、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４との間を電気的に接続するように、また、ラミネートブス４６２が、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６と負側ＩＧＢＴモジュール群５７８との間を電気的に接続するように設けられている構造を示している。
【００５７】
また、図４（ｃ）は、第２の絶縁壁２０２とラミネートブス４６３、そして、ダイオードモジュール群４１２、４３４と、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３との関係を示したものである。
なお、第１の絶縁壁２０１、第３の絶縁壁２０３、第４の絶縁壁２０４と、ラミネートブス４６１、４６２と正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８は、存在しているが、第２の絶縁壁２０２によって、隠れて表記されていない。
図４（ｃ）においては、第２の絶縁壁２０２は、図の正面にしか表記されていないが、実際には、図２に示した第２の絶縁壁２０２のように、第１の絶縁壁２０１（図２、図４）のある反対側の側面、また背面側および上面と下面を覆っている。
【００５８】
また、図２に示し、前記したように、「出力端子のＵＡＣ２５１の取り出し箇所において、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６とを隔離するように、絶縁壁を二重にして迂回した構成としている」が、図４（ｃ）においてはラミネートブス４６３に隠れて表記されていない。
また、図４（ｃ）に示したラミネートブス４６３は、図２の出力端子のＵＡＣ２５１を取り出すためのものであり、電気的に接続されている。
【００５９】
図２と図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示された第１の絶縁壁２０１、第２の絶縁壁２０２、第３の絶縁壁２０３、第４の絶縁壁２０４とによって、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８は、ダイオードモジュール群４１２、４３４と、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３、ラミネートブス４６３から隔離される。
【００６０】
したがって、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８のＩＧＢＴ素子の破裂による導電性ガスの飛散に対して、ダイオードモジュール群４１２、４３４と、正側ヒューズ２３１、負側ヒューズ２３２、中性点ヒューズ２３３、ラミネートブス４６３は隔離されて、電位差がＥを超える短絡ルートの形成を防止できる。
また、第３の絶縁壁２０３、第４の絶縁壁２０４によって、正側ＩＧＢＴモジュール群５１２、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群５３４、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群５５６、負側ＩＧＢＴモジュール群５７８の相互の電位差がＥを超える短絡ルートの形成を防止できる。
【００６１】
（その他の実施形態）
電力変換装置に用いるスイッチング素子として、ＩＧＢＴを用いて説明したが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor）、ＢｉＣＭＯＳ（Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＳｉＣ（Silicon Carbide）素子、あるいは、他の適切なスイッチング素子を用いても良い。
【００６２】
電力変換装置における１相の相電圧形成回路に備えられるＩＧＢＴモジュール（群）の個数を４個、または８個とした場合の実施形態について説明したが、さらにＩＧＢＴモジュール（群）の個数を増やした場合においても本発明は適用できる。特にＩＧＢＴモジュールの直列の段数を増やして、電圧を高く用いる場合には、さらに絶縁壁を増やしてもよい。
【００６３】
電力変換装置に用いるラミネートブスで説明したが、必ずしも積層化されていない一般的なブス（ｂｕｓ  ｂａｒ）でもよい。
【００６４】
図１〜図４において、絶縁壁でＩＧＢＴモジュールをすべて覆う場合について、説明したが、例えば図１、図３におけるダイオードモジュール群１２１、１２２とＩＧＢＴモジュール群１１１〜１１４の間を隔離する第１の絶縁壁１０１のみであっても効果はある。
また、図２、図４において、正側ＩＧＢＴモジュール群（５１２）と第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５３４）とを隔離するための第３の絶縁壁２０３や、負側ＩＧＢＴモジュール群（５７８）と第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（５５６）とを隔離するための第４の絶縁壁２０４のみであっても効果はある。
同様に、図１〜図４における第２の絶縁壁（１０２、２０２）のみであっても効果はある。
つまり、必ずしも、ＩＧＢＴモジュールをすべて覆う必要はない。第１〜第４の絶縁壁がある近傍において、ＩＧＢＴ素子の破損・破裂による導電性ガスが飛散を防ぐ可能性が高まる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、１１  電力変換装置
２０、２１  交流電動機、ＡＣＭ
３１  正側直流電源の母線、正側直流電源Ｐの母線
３２  負側直流電源の母線、負側直流電源Ｎの母線
３３  中性点直流電源の母線、中性点直流電源ＣＯＭの母線
３４  アース
４１、４２  コンデンサ
１０１、２０１  第１の絶縁壁
１０２、２０２  第２の絶縁壁
１１１  ＩＧＢＴモジュール、ＩＧＢＴモジュール群、正側ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
１１１Ａ  ＩＧＢＴ
１１１Ｂ  ダイオード
１１２  ＩＧＢＴモジュール、第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
１１３  ＩＧＢＴモジュール、第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
１１４  ＩＧＢＴモジュール、負側ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
１２１  ダイオードモジュール、ダイオードモジュール群、正側ダイオードモジュール（ダイオード素子）
１２２  ダイオードモジュール、ダイオードモジュール群、負側ダイオードモジュール（ダイオード素子）
１３１、２３１  正側ヒューズ
１３２、２３２  負側ヒューズ
１３３、２３３  中性点ヒューズ
１４１、１４２、１４３、２４１、２４２、２４３  相電圧形成回路
１５１、２５１  出力端子、ＵＡＣ
１５２、２５２  出力端子、ＶＡＣ
１５３、２５３  出力端子、ＷＡＣ
２０３  第３の絶縁壁
２０４  第４の絶縁壁
２１１〜２１８  ＩＧＢＴモジュール
２２１〜２２４  ダイオードモジュール、ダイオードモジュール群
３６１〜３６３、４６１〜４６３  ラミネートブス（ブス）
４１２  ダイオードモジュール群、正側ダイオードモジュール群（ダイオード素子）
４３４  ダイオードモジュール群、負側ダイオードモジュール群（ダイオード素子）
５１２  正側ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
５３４  第１の中性点ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
５５６  第２の中性点ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
５７８  負側ＩＧＢＴモジュール群（スイッチング素子）
【図１】
0005599757.tif 000002
【図２】
0005599757.tif 000003
【図３】
0005599757.tif 000004
【図４】
0005599757.tif 000005